3. Описание переходных процессов в системах возбуждения генераторов

Система возбуждения генератора состоит из возбудителя, подвозбу- дителя и автоматического регулятора (АРВ). В нормальных режимах зада­ча регулятора состоит в поддержании требуемой величины напряжения в заданной точке схемы, а в переходных режимах действие регулятора должно также способствовать затуханию возникших колебаний.

Применяемые на генераторах в настоящее время регуляторы возбуж­дения в основном разделяются на регуляторы пропорционального типа и регуляторы сильного действия. Регуляторы пропорционального типа изме­няют ток возбуждения генератора пропорционально отклонению регули­руемого напряжения. Регуляторы сильного действия реагируют не только на отклонение регулируемого напряжения, но и на отклонения других па­раметров режима, а также на производные параметров режима.

1. Структурная схема и описание переходных процессов

в системах регулирования возбуждения пропорционального

типа

Структурная схема системы регулирования возбуждения пропорцио­нального типа представлена на рис. 1.19.

I ^ Т/_го

1—* иг\	■ Кои	AUT	1	| Ае	1
	1 + рТи		\ + рТр	\ е0—	1 + рТе

АРВ Возбудитель Генератор

Рис. 1.19. Структурная схема системы регулирования возбуждения пропорционального типа

Переходные процессы в системе регулирования возбуждения пропор­ционального типа могут быть учтены следующим образом (учитывая

(1.43)):

-в возбудителе

J_

1. + рТ_е

-в регуляторе

Ае = ^ A U_r , (1.69)

(l + pTpXl + pTu)

где Т_е, Т_р, Tjj - постоянные времени возбудителя, усилительного и изме­рительного элементов регулятора; A U_T = U_r0 -U_T - отклонение регули­руемого напряжения U_T от требуемого уровня U_r0; К_ои - общий ко­эффициент усиления системы регулирования возбуждения по отклонению напряжения.

Подставляя (1.69) в (1.68), можно получить общее уравнение, отра­жающее переходные процессы в системе регулирования возбуждения про­порционального типа

Л J- ^0 и _{А тт}

А Е_ае = A U_T.

(i+pTvXi + pTyXi + pTj

В установившемся режиме (р — 0 )

~ Kqu ' ^ U_r ,

т. е. добавка к вынужденной составляющей ЭДС холостого хода E_qe про­порциональна отклонению A U_T регулируемого напряжения от требуемого уровня.

Коэффициент усиления по отклонению напряжения системы регули­рования возбуждения имеет следующую размерность

_v _ ^Eq_e ед.возб.

0 U ~ А Тт ’ ’

А и_г ед.напр. что читается как «единиц возбуждения на единицу напряжения».

В качестве единицы напряжения принимается номинальное напряже­ние генератора. В качестве единицы возбуждения служит величина E_qe

либо в режиме холостого хода генератора (равна номинальному напряже­нию генератора), либо в режиме номинальной нагрузки генератора. В пер­вом случае размерностью коэффициента усиления по отклонению напря­жения будет ед.возб.хх/ед.напр , во втором ед.возб.ном/ед.напр.

Для того чтобы величина A U_T была незначительной, необходимо обеспечить очень большой коэффициент усиления по отклонению напря­жения. Приближенно можно считать, что

дс/_г, ₌ _^1_* _L.

Uг ном Kqu

Таким образом, если потребовать точность поддержания напряжения А и_тш = (1 -г- 2) % , то необходимо иметь = (50^-100) ед.возб.хх/

ед.напр. Столь большая необходимая величина коэффициента усиления по отклонению напряжения приводит к тому, что система возбуждения гене­ратора с регуляторами пропорционального типа оказывается неустойчи­вой. В системе возбуждения возникают колебания с нарастающей ампли­тудой. Системы возбуждения с регуляторами пропорционального типа устойчиво могут работать с К_ои < 10, и поддержание напряжения генера­тора часто оказывается неудовлетворительным.

2. Структурная схема и описание переходных процессов

в системе регулирования возбуждения сильного действия

Поиски путей обеспечения устойчивой работы электроэнергетических систем при больших коэффициентах усиления по отклонению регулируе­мого напряжения привели к созданию так называемых систем возбуждения сильного действия. Оказалось необходимым вести регулирование возбуж­дения не по одному, а по нескольким параметрам регулирования и не только по отклонениям, но и по производным параметров регулирования, иметь практически безынерционные возбудители ( « 0,05 с ) с высоким потолком возбуждения, (2 н- 4) u_{f ном}.

Структурная схема системы регулирования возбуждения сильного действия приведена на рис 1.20.

Рис. 1.20. Структурная схема системы регулирования возбуждения сильного действия

Переходные процессы в системе регулирования возбуждения сильно­го действия в общем виде можно учесть следующей системой уравнений:

• в возбудителе

Д£,_е = Ж_е(р).Де ; (1.70)

• в регуляторе

Ле = 5>я.(/>)-ЛЯ./ , (1.71)

ⁿj '

где W_e (p) - передаточная функция возбудителя; W_n {р) - передаточная

функция регулятора по каналу параметра регулирования Я _;.

Для реальных устройств передаточные функции W_e (р), W_n (р)

достаточно сложны. Вид передаточных функций, которые с определенной точностью аппроксимируют истинные, как правило, рекомендуется разра­ботчиками систем регулирования возбуждения. Обычно принимается, что передаточная функция тиристорного возбудителя

^We{p) = ; (1-72 )

^ек ’ \ + рТ_е

передаточная функция регулятора по каналу параметра регулирования /7_/

рК_ш,

^коп + —

^0П1 1 + рТ_ш

V J J

( V \

1

(Ь73)

w„Ap)

(1 + рГ_р)(1 + ^Г_я.

Здесь К_оп , К_хп - коэффициенты усиления по отклонению и первой про­изводной параметра 77 ; т_е, т т_п т_ш - постоянные времени возбу-

^J J J

дителя, усилительного, измерительного и дифференцирующего элементов регулятора соответственно.

При анализе динамической устойчивости электроэнергетических си­стем используется численное интегрирование. Поэтому операторные урав­нения (1.70)-(1.73) приходится записывать в форме обыкновенных диффе­ренциальных уравнений. Необходимо учитывать также важные конструк­тивные ограничения, проявляющиеся при больших возмущениях.

Дифференциальные уравнения переходных процессов во входных це­пях АРВ:

• в канале регулируемого напряжения

dU_T

т L - ту _ ту ■

¹Ur 7, ^_ Г ^UT’

^r dt

(1.74)

dU'_Y

e_u=K_m(U_n-U_T) + K_wU'_T;

в канале частоты

гД = /»-/;

dt

(1.75)

^T4^7 = -f' ⁺ ^rd»-f)

T

dt

f

e_f=K₄(f-f₀) + K,_}f;

• в канале тока возбуждения

Ti

(1.76)

T\i

f dt

d_ — i 7 - ^lf ^lf’

--T/ +

^f dt

di'

di

f

(1.77)

Переходные процессы в усилительном элементе регулятора: ^ТР + e_v+e_f + K_Uf i'_f + вф/

Ле = Г_е (Ае, Ae_min , A<?_max),

где Г_е - функция, вводящая ограничение суммарного сигнала на входе усилительного элемента регулятора; еф - сигнал, пропорциональный форсировке возбуждения,

<W ^ПР^{И и}т - <W

0 , при С/р > ^р_асфор’

Uфор’ ^расфор ^_ уставки на форсировку и снятие форсировки возбуждения.

Переходные процессы в возбудителе:

^Eqe Гe \^Eqe> ^Eqe min’ ^Eqe max )>

где Г_E - функция, вводящая ограничение E_qe.